מיקרואלקטרוניקה

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
Transistor-photo.JPG

מיקרואלקטרוניקה היא תחום באלקטרוניקה, העוסק בתכנון ובייצור מעגלים אלקטרוניים מזעריים. מעגלים אלקטרוניים הם מעגלים חשמליים העובדים בזרמים ומתחים נמוכים ונקראים גם מעגלי זרם חלש.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

תחילתו של תחום המיקרואלקטרוניקה בהמצאת הטרנזיסטור, שהחליף את שפופרות הריק ששימשו עד אז בתעשיית האלקטרוניקה. הטרנזיסטור התבסס על שימוש בחומרים הנקראים מוליכים למחצה, בעלי תכונות הולכה הנעות בין חומרים מוליכים לבין חומרים מבודדים. ניתן לקבוע תכונות אלו בזמן תהליך הייצור ולשלוט עליהן (עד למידה מסוימת) בזמן הפעלת המעגל.

מידותיו המזעריות של הטרנזיסטור איפשרו הקטנה משמעותית בגודלם הפיזי של מעגלים חשמליים שהיו בשימוש אז. כמו כן, התפתחו שיטות הייצור של הטרנזיסטור לכדי שיטות של ייצור המוני (mass production) בעלות נמוכה. כתוצאה מכך, הפך הטרנזיסטור לרכיב זול ונפוץ מאד, מה שאפשר תכנון וייצור של מעגלים אלקטרוניים מורכבים ומסובכים יותר ויותר, המתבססים על מספר גדל והולך של טרנזיסטורים.

פריצת הדרך הבאה בתור, הייתה התפתחות תהליכי הייצור, לכדי תהליכים המאפשרים לחבר מספר טרנזיסטורים ביחד עם רכיבים נוספים, כגון דיודות, קבלים ונגדים, למעגל אלקטרוני מזערי על גבי פרוסת סיליקון של המוליך למחצה שממנו מיוצר הטרנזיסטור. מעגלים אלה נקראו מעגלים משולבים (Integrated Circuits או בקיצור IC).

המעגלים המשולבים הראשונים היו מעגלים פשוטים יחסית, המונים עשרות עד מאות אחדות של טרנזיסטורים. מעגלים אלה נקראים כיום Small Scale Integrated Circuits או בקיצור SSI. עם התפתחות תעשיית המיקרואלקטרוניקה, גודלם הפיסי של הטרנזיסטורים הלך וקטן, בעוד שהמעגלים המיוצרים בשיטה זו (הנקראים גם רכיבים) הלכו והתרחבו וכללו מספר גדל והולך של טרנזיסטורים. כיום, רכיב מיקרואלקטרוניקה יחיד, כדוגמת מעבד, יכול להכיל מאות מיליוני טרנזיסטורים. רכיב כזה נקרא Very Large Scale Integrated Circuit או בקיצור VLSI. התפתחות כלי תכנון ממוחשבים (Computer Aided Design או בקיצור CAD), מאפשרת בתחילת המאה ה- 21 שילוב של מספר מעבדים (CPUs) והתקני מולטימדיה (לדוגמה, כרטיס קול וכרטיס מסך) ו/או התקנים אחרים על אותו רכיב VLSI.

בתחילת המאה ה-21, מדברים החוקרים על חומרים פלסטיים שישמשו כמוליך למחצה, אשר בתהליכי הדפסה יעוצבו להתקנים חשמליים או התקנים פולטי-אור. אלה, מן הסתם , לא יחליפו את הסיליקון בזמן הקרוב אלא יוסיפו תכונות וישומים נוספים כמו מסכים גמישים.

בישראל[עריכת קוד מקור | עריכה]

ההיסטוריה של מיקרואלקטרוניקה קשורה במרכז ההדרכה והמחקר אשר הוקם בשנת 1979 בטכניון על ידי פרופסור י. קדרון ופרופסור א. בר-לב.

תהליך הייצור[עריכת קוד מקור | עריכה]

תהליכי ייצור של רכיבי מוליכים למחצה מתבסס על מגוון רחב של תהליכי ננוליתוגרפיה כימיים ואחרים, ביניהם פוטוליתוגרפיה, השתלות יונים ואיכול כימי המקנים לחומר תכונות שונות באזורים שונים שלו.

רוב הייצור הסדרתי כיום מתבסס על שימוש בפרוסות של סיליקון גבישי (wafers). בתום תהליך הייצור, מכילה כל פרוסה כזו מאות או אף אלפים של רכיבים זהים, שצורתם בדרך כלל מרובעת. רכיבים אלה מופרדים בתום התהליך על ידי חיתוך הפרוסה לאורך ולרוחב. כל מרובע כזה, המכיל רכיב אחד, נקרא פיסת סיליקון (באנגלית die).

הרכיבים שהופרדו מהפרוסה עוברים תהליך שנקרא זיווד, שבסופו כל רכיב ארוז בתוך אריזה מחומר פלסטי או קרמי, שממנו נשלחים מוליכים לצורך חיבור הרכיב לתוך המעגל האלקטרוני. הרכיב הארוז נקרא שבב (Chip) והוא משמש להרכבת מעגלים מודפסים.

שימושים[עריכת קוד מקור | עריכה]

חלק נרחב מהטכנולוגיה הסובבת אותנו כיום מתבססת על המיקרואלקטרוניקה:

מעבר לשימושים אלה של המיקרואלקטרוניקה, משמשת הטכנולוגיה גם למימוש רכיבים המשלבים אלקטרוניקה עם תחומים שונים אחרים. כיום ניתן למצוא ישומים מחקריים ומסחריים בהם, על גבי הפרוסות, מומשו: